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南京理工大学泰州科技学院 毕业设计 (论文 )外文资料翻译 学院 (系 )： 机械工程学院 专 业： 机械工程及自动化 姓 名： 裴旋忻 学 号： 1001010117 外文出处： of 0) 10510 $000 附 件： 指导教师评语： 译文能够表达原文的思想，符合中文表述习惯，语句较为通顺，个别之处还有待进一步推敲， 排版待改进， 译文总体质量较好。 签名： 年 月 日 注： 请将该封面与附件装订成册。 (用外文写 ) 附件 1：外文资料翻译译文 通过 F. F. 动化及计算机视觉组（ ） 阿利坎特大学（西班牙） 物理、系统工程和信号理论系 要 如今，每个产业为了更具竞争力，发展的 目标是优化产品的生产流程和加快产品的生产节奏。 这个目标通常意味着产业拥有更高的自动化水平（例如在生产链的增加机器人数量）和更有效地利用现有的机器人。 这篇论文描述了遥操作技术和仿真系统的现阶段状况，并提出了一些致力于此类系统开发的可能的网络架构。文章还提出了一种用于机器人任务的优化方案。这项应用可以通过网络利用先前的模拟系统和视觉反馈来遥操作机器人手臂的五个自由度。这种模拟可以有不同人员同时进行访问。 结果表明：可以减少在新的应用程序或危险的环境需要的机器人数量。 如今我们用一些存在于网络的虚拟 系统来管理和学习学科，像机器人、人工视觉等 123。大多数这些系统允许没有以往的模拟就使用物理系统，这促使工人在使用一组时间进行顺次操作时缺乏一个重要因素。 本报告介绍了一个允许并行利用不会引起问题的机器人手臂系统。 第二点呈现点领域仿真和遥操作系统的状态、，第三点展示可能的系统架构，第四部分描述提出的系统，第五点得出结论。 有很多方法可以实现环境中模拟的现实。最传统的方法是在不同或者相同的规模上完全重现以前的系统；另一种方法是通过使用视觉的反馈作用，将原始系统记录 456并反馈给我们重现系统。目前最有趣的方法就是通过计算机模拟生成虚拟环境 78。 虚拟环境用于得到真正的系统仿真，降低了试验测量的成本，此外还为工人的学习提供了一个更好的方式。 工人通过戴立体眼镜在仿真中适应这些环境。 机器人代替人类在危险的场所工作：放射性材料的处理、炸药的引爆，此外还进行各种类型的空间任务：海底勘探、微装配、采矿 9这些与人相比都是机器人独有的优势。最初 于做这些任务，它可以通过控制人员的一组简单命令来完成任务，而没有必要直接控制物理动作。 在主 从系统中，机器人手臂（主）的平等形式，尽管它可以有不同的大小尺寸，是由操作工人通过远程机器人（从）的动作来再现的 101112。 一个新的系统可以通过用户所拥有的一个真实再现的仿真系统进行混合模拟环境和遥控轮式系统来得到 3。 最后一种类型的系统提供除通过图像仿真外的反馈给工人 37。 备注：在通过虚拟环境遥控轮式系统，这可能是遥控器。作为 有必要在系统周围实际存在工人。系统操作可以通过互联网使用 行远程控制。第一可以方便 地使用模拟仿真系统和 言，同时让工人和环境以及实际的系统进行互动 81314151617。 在模拟遥操作机器人的设计中，允许用不同的架构使用它们的系统。 第一点包括执行仿真和遥操作，在相同的计算机，操作者的计算机上。因此，其中执行仿真的计算机是连接到机器人的控制装置上。在这个系统中人员必须靠近控制器；将电脑连接到控制器的最大距离通常是通过一个串行端口实现的，根据5m。 另一种方式是分开设置的仿真和遥操作机器人的 系统。模拟参与工人的计算 机。这个系统允许工人比前一个更进一步，因为他可以通过本地网络进行互联。 最后一种可能，存在完全分离的系统。工人工作在一台计算机，并在另一台计算机模拟演算。第三台计算机是与机器人控制器相连进行发送指令的。前一个系统，让工人在很远的距离工作归结于本地网络的计算机分布，而且具有做一个分配任务节约资源的优势。该优势是由每台计算机进行特定的任务，优化系统的响应时间形成的。 先前提出体系结构可以在网络中实现，但是必须记住一定的限制，例如连接的有限带宽，安全地使用机器人 17。 连接系 统到网络最标准的方法就是通过 。由于 言的限制，以上可能性也受到限制。因此创建一个简短基于 言程序的体系结构被提出了，允许使用 行仿真来管理系统 38。 一种方法利用连接到机器人控制器的网络服务器作为相同的电脑实现仿真，并将运行所有必要的计算 1。 另一种方法是从不同的电脑进行计算。 连接到机器人控制器的遥操作计算机可以通过本地网络连接到网络服务器。所以工人可以通过网络服务器进行所有的操作，结果是机器人在直接存取中仍然受保护。还需要最小的带宽，因为它必须 发送遥操作指令 7。 应用程序的描述是在两个方面：一般结构和操作模式。 该系统是基于 操作是从系统与仿真中独立出来为工人的计算机进行工作。该系统是运行在：，系统的体系结构是基于客户机 /服务器结构的网络（图 1）。用于模拟的 7817。 图 已经应用到系统中具有五个自由 度的机器人是 它的控制器是 ,最多允许管理 12台电机。 机器人控制器是通过一个串行端口的 对于一般的构架提出添加带有经典 :英寸的 尼摄像机。该摄像机连接到网络服务器发送视频给工作程序。 操作方案是基于一个网络页面上，在 415中一个或更多的工作可 能被连接到模拟中。这允许工人通过仿真进行对机器人手臂运动的操作以及实例练习来学习它的基本使用。 图 图 这在 可视化的 131416，结合 不同角度给出了工作仿真和可视化的所有可能性（图 2）。 由于系统倍数工作的设计，允许模拟同时获得可用资源的最大化利润。 然后，在工人的要求下，该系统允许实现了真正手臂的模拟运动，为了这个目的设计了机器人服务器（图 1）。工人必须被授权才可以做。平行的工人可以模拟另一个动作来完成不同的任务，因为 1危险物质管理 任务的地方或者是在危险物质管理任务的地方一定是不同的。 使用实际系统的要求是由一个 列进行管理。 服务器将根据该系统的状态指示工人剩余时间去做真实手臂所需要的操作。 执行访问是通过在遥操作服务器请求管理。同样，服务器保存有关每个工人的所有访问和他们已做的完整报告。 当工人被允许操作机器人，服务器讲通知摄像机产生一个 将它传递给 使工人看到结果（图 3） 456。 这个系统允许机器人的基本动作的简单方法。这用于训练工人在管理工业机器人，在工业应用的 重新设计等方面是有用的。 除了进行模拟，它允许使用一个真正的机器人看到的结果，意味着随之而来的增强学习。 在另一方面，它具有一个互联网的系统，它允许一个更简单和更大的扩散，以及使用机器人手臂的不同工人，这涉及到一个更大利润中开支巨大优势的完成。 该系统的其他优点是：它展示了一个分布式理念。仿真可以独立地使机器人手臂执行操作。这可能有用的，例如在非预定的任务中。 ） 附件 2：外文原文 （复印件） 1 通过优化柔性椭球体对欠驱动冗余度机械臂的自重构 何广平 北方工业大学机电工程学院 北京 100041 陆震 北京航空航天大学自动化学院 北京 100083 摘要 ：根据优化技术 ， 欠驱动冗余度机械臂的多模型特征、柔性操作的测量、自重构的控制方法 已被调查研究。分析了空间关节的结构变形和欠驱动冗余度机械臂柔性操作之间的关系， 处于锁定模式下欠驱动冗余度机械臂 的一种新型柔性椭球体操作的测量 被提出， 能应用于获得自重构控制的最理想结构。 因此， 基于简谐振动 随时间变化非线性控制方法 认为能完成其自重构 。被动关节三连杆 欠驱动机械臂等仿真例子在一些调查方面起重要作用。 关键词 ：欠驱动机械臂 自重构 优化 非线性控制 0 前言 欠驱动装置和 机械臂能应用于许多领域，例如太空技术、合作机械人、变形装置。在太空领域里，由于没有失去有用功能或 了解系统的自重构 。 当驱动构件出现一些问题时 ， 基于欠驱动技术的误差出现是不可避免的。欠驱动机械臂也能被设计为合作机器人，也就是说驱动不是作驱动装置而是提供动力学非函数约束 。 要操作人员提供外力才能完成准确的应用，例如在生物工程学上外科手术和半导体制造等等。在机械领域机械变形有多种模态，并能从一种模态向另一种模态转变。 引用不同模态之间的改变可能导致连杆数目的变化或 机械变形的约束限制。很显然，欠驱动控制、冗余度驱动和柔性装置是不可避免的。因此，欠驱动系统逐渐的成为研究领域一个具有吸引力的话题。 从力学角度 看， 研究欠驱动机械臂系统是不可能控制的。被动关节的运动是必须靠与动力装置连接。 二阶的 。 在机械实际上，与非完整性约束广泛被研究比较 也有 100多年历史，然而， 关于这种系统的运动规划和控制技术的研究只是近 10的事情 ， 研究多针对轮式移动机器人、跳跃机器人、航空航天机器人等一阶非完整性约束系统。 关于欠驱动机械臂的研究观点， 提出随时间变化方法完成系统的位置控制。 为欠驱动 机器人提供了多种非线性控制方法。 欠驱动研究的这些方法已 从本质上 揭示了它是非线性的，并且是随时间变化的、抽象的。 事实上， 证实 这并没有消除阻碍和稳定给定结构系统的静电状况反馈。很显然，非线性系统的特征在组合 空间多自由度是可以控制的。所以，非线性系统的控制研究受到更多的关注。 欠驱动 机构 和机械臂 是对传统机械设计基本原理相违背的，传动机械设计基本原理认为，原动件的数目要与自由度的数目相等时，机构才具有确定的运动。 欠驱动机械臂首先被提出并不是由于它的价值优点，但一些研究表明，欠驱动机构的故意设计也是很有价值的。例如， 获得由柔性欠驱动机械臂多维受力的测量。 设计出了轮式滚动接触的非完整机器人和平面四连杆二驱动机械臂的控制 。 针对欠驱动冗余度机械臂提出一种自由碰撞运动规 划演算法。从以上讨论的结果来看，我们可推断出在研究欠驱动时，可能遇到一些未被发现的新 问题 ， 如 所提到的技术和理论的形成。因此， 我们改善这装置具有很大的潜能性。 这篇论文中，我们对欠驱动机械臂的静态特征和自重构控制方法进行探索与研究。 1 柔性椭球体 模型 机械硬度是机械臂的一个重要要素，它是用来抵抗受力和阻碍力的能力。对于开式链接机械臂而言，链接部分是非常重要的部分。所以末端位姿的变形将会对 连杆带 2 来不良影响。转矩可以近似满足如下方程： M i=1， 2， ， n （ 1） 式中 关节 i 的转矩 i 关节 i 的变形量 关节 i 的硬度系数 如果忽略关节 i 的重力和摩擦力不计，假设机械臂末端位姿力矢 ，则转矩方程又可以写成： （ 2） 式中 关节的转矩 雅可比矩阵 众所周知，关节有会有变形，机械臂末端位姿有如下关系式： （ 3） 式中 x 机械臂末端位姿矢量 关节的位姿矢量 将（ 1）式写成矩阵的形式，结合（ 2）、（ 3）式，经简单的计算， X 和 F 之间的关系如下： F) （ 4） 式中 如果定义 （ 6） （ 6）式是末端位姿的柔性矩阵。 然而，在太空工作 1c 强度矩阵一致。柔性矩阵 阵 C 也有雅可比函数功能。 因此， 它 在组合和构造要素较大范围内是可改变的，在稳定条件下机械臂的可变特征能用于完成一些应该的复杂的操作。如装配、抛光、维修等等。由（ 5）、（ 6）式可知矩阵 C 是对称性矩阵。 如果定义 )T （ 7） 3 对矩阵 C 进行微分，方程式（ 7）我们又可以得到 i （ 8） 式中 i ， i=1,2,3,， m 应用了矩阵 C 的单一性。因此， 其对称矩阵，有如下关系： 1x)CC(x （ 9） 式（ 9）被描述为椭球体 曲线方程， 当椭球体的主要曲线与矩阵 C 的单一值相等时，这椭球体也被认为是一般柔性椭球体 由于直观原因， 图一中 平面 2 连杆机械臂的的连杆长 2,1i,i ， 图（ 2）和（ 3）所示。 图一 平面 2R 杆机械臂 图 2 平面 2R 杆全驱动机械臂的 型 4 图 3 平面 2R 杆全驱动机械臂的 型 这些图示表明测量是需要依赖组合和机构要素。然而全驱动机械臂 并不能 改变其机构要素。因此， 由于不同的构件 （图 2），而不是结构要素（从图 2 改变到图 3） ， 型是可以改变的 。当被动关节 被引进作为 全驱动机械臂时，为了方便使用，假设这些 被动关节具有制动装置和位置控制，以便被动关节能在自由模式和锁定模式下进行制动。然而在运动学上，欠驱动机械臂揭示了一些冗余度连杆问题，并没有表明在输入方式下的自运动不如工作状态下的自 运 动。另一方面，被动关节的制动模式能使欠驱动机械臂具有重构能力 ,系统具有敏捷性而使其能适合不同的工作。 2. 柔性矩阵 假设在欠驱动冗余度机械臂中 s 连杆为被动关节 ，被动关节装有制动装置，当被动关节处于自由状态时，其速度运动方程可以写成为： （ 10） 式中 机械臂末端位姿矢量 驱动机械臂的雅可比矩阵 3,R 分别为驱动和被动机械臂的广义坐标矢量 当机械臂中被动关节处于锁定状态时，系统运动方程可变为 i （ 11） 式中 机械臂末端位姿矢量 J 锁定状态下被动关节机械臂的雅可比矩阵 驱动关节的机械臂广义坐标 很显然，方程（ 11）和（ 3）是同一形式，方程（ 10）和（ 11）表明欠驱动机械臂在运动学上具有不同的模式。换句话说， 在运动学上 系统 具有多中模式特征。 图（ 4）平面 3R 连 5 杆机械臂就是很好的例子。机械臂的第二关节是被动关节，其他的都是驱动关节。当被动关节处于自由状态时， 3R 被选做为广义坐标变量。如果被动关节处于自锁状态，机械臂的 维数将变为 2 维，这广义坐标变量为 2，显然由于 0q ，但雅可比矩阵有如下关系： 图 4 平面 3R 杆机械臂 由于欠驱动机械臂存在不同的运动模式，一种可以用来优化和机械臂的机构组合及自重构以使用不同的工作。预测如何完成基于欠驱动下的全驱动机械臂操作是不可避免的问题。不象全驱动冗余度机械臂那样，欠驱动冗余度机械臂并不能改善其操作工作，执行机械臂任务类似于输入空间的体积比工作空间少的缘故。有一条可行的途径就是在不同的时间分解 机构的工作。例如， 当 机械臂 工作处于驱动模式下，机构组合能进行机构自重构。然而当机械臂工作在全驱动模式下，其功能之一就是能控制机构的运动。事实上， 处于欠驱动工作模式下的机械臂能辩别机构的运动，如位置控制或间断点对应点运动。但是这并不是此论文所讨论的重点。我们应关注的是欠驱动冗余度机械臂的静态特征和机构自重构控制方法。 欠驱动机械臂两中模式的运动方程可以被多种方法描述。但是在复杂的机械装置中多连杆机械臂的机构要素定义还存在一定的困难。为了解决这些问题，我们将进行分析欠驱动冗余度机械臂的两种模式间的关系。 假定一种特殊的机械臂组合机构，假设有 ，处于装置的两种模式下的末端位姿表达式是一致的，可以表示为 （ 12） 假设 0（ 13） （ 13）式表示微运动发生在关节部分而不是发生在末端位姿处，根据（ 13）式，方程式又可以写成 J （ 14） 把（ 14）代入（ 12）式中，我们可以得到 6 ) （ 15） （ 15）式描述欠驱动机械臂两种模式下的不同一机构。因此，两种广义坐标也是相等的。设q，又可以得到 ) （ 16） （ 16）式表示两种模式下的雅可比矩阵间的关系。此式能预测出全驱动模式的运动。把（ 16）式代入方程式（ 5），可以得到全驱动模式下的欠驱动矩阵方程 （ 17） 根据方程（ 7）， 驱动机械臂也能定义，方程（ 17）表示在机械装置改装 后的系统静态特征。其一，我们以通过 3R 杆机械臂模拟（图 4）。作为非冗余度机械臂而言，如果我们假定处于工作状态下的一点，它不仅与柔性椭球体 模型有关。相反有许多与处于冗余度机械臂 工 作 状 态 下 的 这 一 点 相 关 。 假 设 3R 杆 平 面 机 械 臂 三 杆 长 分 别 21 和，机构的起始角度为 30,60,60 321 ，他末端位姿起始位置如图 5 所示。 显然，根据处于工作状态下的这种状况，可知存在许多这样的关节组合。这些机构都是与 关的。但是一欠驱动冗余度机械臂存在机构自重构的能力。一般而言，我们期望的 不同的基本组合中有类似的运动。换句话说，椭球体模型类似于一个球。如图 5所示，在 3 杆中第一杆 运动 状态表现最佳。 7 3 非线性控制 我们通过分析系统的动态特性，为了寻求一种能有效地控制欠驱动机械臂运动。欠驱动机械臂动态方程可以写成 （ 18） 0 （ 19） 式中 为质量惯性矩， 为中心吸引力和摩擦转矩矢量。 M 是驱动关节转矩矢量。是驱动关节广义坐标矢量。p是被动关节广义坐标矢量 。 证实方程（ 19）是二阶非线性约束方程。通过自重构，在工作状态下给定位置，欠驱动机械臂具有改善装置运动的能力。由于系统输入空间维数少于空间关节的维数，被动关节 的位置控制只能通过动态藕合来实现。基于 论，给定机构的系统并不是光滑的，稳定性完全符合静平衡反馈定律。因此，非线性控制的结果表明系统是非线性的、随时间变化的、离散的。非线性控制方法还有一种就是在 17）中所提到的全驱动关节的 简 谐 振动。这种方法的本质就是当驱动关 节运动到一个周期时被动关节将偏离平衡位置 （图 6） 。 驱动关节的简 谐 振动方程有 （ 20） （ 21） a （ 22） 式中 A 简谐振动的振幅 8 W 简谐振动的角频率 如果我们将式中（ 22）变换一下，代入（ 19）式得到 2 （ 23） 通常，角频率 是一个较大的数，因此，简 谐 振动周期 T=2是一个非常小的数。 ,1 被作为一个周期的约束，（ 23）式有可以写成 22 （ 24） （ 24）式表示一个周期后有一点发生偏离。显然，构成整体的价值在于简 谐 振动的振幅和角频率，者就是简 谐 振动中的驱动关节能控制被动关 节的原因之一。 4 自重构控制律 自重构需要稳定的控制技术。间谐振动非线性控制方法在第 3 部分已经简单地介绍了。下面我们将设计一个新的控制方法来 执行机构的自重构运动。这种方法将用于优化在工作状态下给定位置时的 广义 柔性椭球体 模型 。 假设d引用于一个期望的组合，此组合源于一些优化方法， 是驱动机械臂的驱动位 9 置角。 设 （ 25） 式中 e 关节位置 矢量 误差 对方程（ 24）进行微分有： （ 26） 取滑动模态为 （ 27） 集中律为 k)Ss g n ( （ 28） 式中 0,0,0321 作为符号函数，有如下式子： 如果 矢量 ，可以得到下面式子： （ 27）式表示驱动关节的运动满足莱布罗定律。假设驱动关节输入与（ 20）、（ 21）有关，当0K 时，又可以得到如下关系式 将（ 26）式中 2 杆的 2 倍偏离量代入（ 30）式，可以得到 设驱动关节输入为 将（ 32）和（ 31）式代入（ 19）式，有如下关系 振动振幅为 虽被动关节并没有达到期望的位置，驱动关节输入控制可用（ 32）式来描述，另一方面，被动关节处于期望的位置，输入控制方式有以下方程。从（ 27）式中可知偏离时间为 结合（ 28）和（ 35）式，控制律为 10 显然，这种控制方法是非线性的、随时间变化的、且遵循 论。有以上关系重新整理振幅，控制律为 当 时满足 当 0 时满足 5 仿真研究 在这部分中，选平面 3R 杆机械臂作为仿真模型，如图 4 所示。设第二杆为机械臂的被动关节，其他两杆为驱动关节 。如果初始位置为 30,60,60321 ，为了改善执行广义的柔性椭球体模型，更好的位置为 ，这在第三部分已给出。我们认为后面一种情况是我们期望的结果。根据第四部分所提供的控制方法，模拟仿真结果如图 7 所示。 11 图 7 3R 杆欠驱动机械臂的自重构运动 图 7（ a）表示随时间变化的关节位置误差；图 7（ b）表示与时间有关的关节运动轨道轨迹；图 7（ c）表示在自重构控制中机械臂机构位置的改变；图 7（ d）表 示关节速度与位置间关系图。显然，机械臂已满足期望的机构完成自重构控制。 6 结束语 欠驱动技术是一个非常关键性的问题，它不仅能够产生空间机器人系统的线性误差，而 12 且能操控合作机器人和机器装置。欠驱动机械臂有实现机械自重构的能力。新的关仪广义柔性椭球体欠驱动冗余度制动式机械臂的测量被提出。这测量由于 优化系统的稳定性。简谐振动的非线性控制方法能执行自重构运动。有 3 连杆欠驱动机械臂的仿真结果证明测量和振幅的控制是有效的。 , of a 1991，7(4)： 500 514 2 A， A， E R 1999： 3249 3254 3 S x 2000， 13(3)： 212 218 4 of a in 1993， 9(1)： 85 93 5 of a 1991 7(4)： 528 534 6 An of of 1993， 9(4)： 411422 7 ， of 16(2)： 181 192 8 M B of a 11993 12(3)： 197 218 9 On of of 1991， 7(6)： 75O 758 10 M H of 1992， 37(11)： 1 746 of an 1998， 15(9)： 525 536 12 C J 1998， 15(12)： 681 697 13 W. W S J 983： 181 208 14 A as a of 991 999： 1214 1219 J an d of 2001 17(1)： 48 13 59 16 P, X of of 1 4， 2004， 7 P, , X of 2004， 25(5)： 52O 524( 南京理工大学 泰州科技 学院 毕业设计（论文）任务书 学院 ( 系 ) ： 机械工程 学院 专 业 ： 机械工程及自动化 学 生 姓 名： 学 号： 设计 (论文 )题目 ： 隧道清洁机械手设计 起 迄 日 期 : 2014 年 2 月 24 日 2014 年 5 月 31 日 设计 (论文 )地点 : 南京理工大学泰州科技 学院 指 导 教 师 : 胡小秋 专业 负责 人 : 黄晓华 发任务书日期 : 2014 年 2 月 24 日 任务书填写要求 1毕业设计（论文）任务书由指导教师根据各课题的 具体情况填写，经学生所在专业的负责人审查、系部领导签字后生效。此任务书应在第七学期结束前填好并发给学生； 2 任务书内容必须用黑墨水笔工整书写或按教务处统一设计的电子文档标准格式（可从教务处网页上下载）打印，不得随便涂改或潦草书写，禁止打印在其它纸上后剪贴； 3 任务书内填写的内容，必须和学生毕业设计（论文）完成的情况相一致，若有变更，应当经过所在专业及系部主管领导审批后方可重新填写； 4 任务书内有关“系 ”、“专业”等名称的填写，应写中文全称，不能写数字代码。学生的“学号”要写全号； 5 任务书内“主要参 考文献”的填写，应按照国标 714 2005文后参考文献著录规则的要求书写，不能有随意性； 6 有关年月日等日期的填写，应当按照国标 7408 2005数据元和交换格式、信息交换、日期和时间表示法规定的要求，一律用阿拉伯数字书写。如“ 2009 年 3 月 15 日”或“ 2009 毕 业 设 计（论 文）任 务 书 1本毕业设计（论文）课题应达到的目的： 通过本设计，使学生熟悉机械产品开发性设计的一般过程，培养学生综合运用所学基础理论、专业知识和各项技能，着重 培养设计、计算、分析和解决问题的能力，进而总结、归纳和获得合理结论，进行较为系统的工程训练，初步锻炼科研能力，提高论文撰写和技术表述能力。为实际工作奠定基础，达到人才培养的目的与要求。 2本毕业设计（论文）课题任务的内容和要求（包括原始数据、技术要求、工作要求等）： 原始数据： （ 1）地铁隧道截面为圆形半径 4 米，最高处约 （ 2）手臂末段安装吸尘器，允许机械手安装在专用（改装）车辆上 ,允许每单程清洗半幅隧道。 （ 3）车辆行驶速度不低于 15KM/h. 技术要求： （ 1） 同台车辆所用机械手 1 个 ,确定机 械手的安装位置。清洁工作不得影响另半幅路面车辆行驶 . （ 2） 自由度数目不超过 3 个，选取机械手的坐标形式。 （ 3） 保持吸尘器工作部位距隧道内壁距离： 50 厘米，允许偏差 10 厘米。 （ 4） 选择合适的吸尘器口径 ,保证漏扫面积低于应扫面积的 40%. 工作任务： （ 1） 查阅资料 20 篇以上，翻译外文资料 6000 字，撰写文献综述和开题报告。 （ 2） 完成机械手总体设计，绘制功能原理图 1 份。 （ 3） 绘制装配图 1 份 （ 0 号图纸）；零件图若干。（其中，至少有 1 张图纸使用计算机绘制） （ 4） 设计说明书 3 万字左右。 (打印 ) 毕 业 设 计（论 文）任 务 书 3对本毕业设计（论文）课题成果的要求包括毕业设计论文、图表、实物样品等： 毕业设计成果以图纸和说明书形式交卷。要求图纸规范，符合国家标准；说明书层次分明、论据可靠、计算正确、图标规范、语句通顺。 4主要参考文献： 1 高岚 . 管道清洁机器人系统问世 J. 中国矿山工程， 2004 (33). 2 胡跃明、丁维中、吴忻生 . 吸尘机器人的研究现状与展望 J. 计算机测量与 控制 , 2002（ 10）： 642. 3 刘红兵 机械手设计 J003（ 2）： 614 熊有伦 M中理工大学出版社， 1996 5 刘兴良 M时代出版社， 1986 6 李刚 J2005（ 24）： 407 刘兴良 M时代出版社， 1986 8 王乘义 M械工业出版社， 1985 9 刘兴良 M时代出版社， 1986 10 孙兵 械手研制 J2005（ 2）： 4311 李哲 J001（ 3）： 3512 陈会松 . 新型高效真空吸尘车问世 J. 专用汽车 ,2007 (10）： 8. 毕 业 设 计（论 文）任 务 书 5本毕业设计（论文）课题工作进度计划： 起 迄 日 期 工 作 内 容 2014 年 2 月 24 日 3 月 1 日 3 月 2 日 3 月 12 日 3 月 13 日 3 月 20 日 3 月 21 日 3 月 31 日 4 月 1 日 4 月 10 日 4 月 11 日 4 月 12 日 4 月 30 日 5 月 1 日 5 月 9 日 5 月 10 日 5 月 24 日 5 月 25 日 5 月 26 日 5 月 30 日 熟悉课题，查阅资料，外文翻译。 围绕设计主题调研 。 撰写文献综述，完成开题报告 原理方案设计，确定合理方案 ，熟悉相关软件 编制软件，计算相关结构参数，选择标准部件；对设计方案进行评价与修改，使之完善 中期检查 完成总装图，绘制零件图 整理相关资料，撰写设计说明书 初步提交设计成果 (包括图纸及论文 )，整改 正式提交设计成果 制作 准备答辩 指导教师签字： 签字： 年 月 日 所在专业审查意见： 负责人： 年 月 日 南京理工大学泰州科技学院 毕业设计 (论文 )开题报告 学 生 姓 名： 裴旋忻 学 号： 1001010117 专 业 ： 机械工程及自动化 设计 (论文 )题目 ： 隧道清洁机械手设计 指 导 教 师 : 胡小秋 年 月 日 重要提示： 1本电子文档标准格式中的各类说明（用蓝色或 红色 字体表示）仅供参考，在参阅后请自行删除（包括本提示）， 黑色 字体的内容全部保留。 2本文档中日期的填写务必与“毕业设计（论文）任务书”中的工作进度计划相符。 毕 业 设 计（论 文）开 题 报 告 1结合毕业设计（论文）课题情况，根据所查阅的文献资料，每人撰写 2000 字左右的文献综述： 文 献 综 述 摘要 机械手是最早出现的 工业机器人。本文介绍了机器人的机构组 成及各部分的功能以及对机械手的分类。论述了机械手的应用领域与发展趋势，并对清洁机械手的情况进行了简要叙述。 关键词 机器人 机械手 机构组成 清洁 1 引言 地铁隧道是一个公共场合，他与人的生活息息相关，由于地铁的快速和方便，大量人们每天乘地铁到达目的地，为使命带来极大的方便。一个公共场所的清洁工作是非常重要的。由于地铁的面积大，高度较高，人工清洁带来极大的不便和危险且效率低，所以采用机械手代替人工。清洁机械手极大地提高了工作效率，降低危险度，给清洁工作带来了很大的方便。 2 机器人的组成 各类工业机器人一般 都由操作机（也称执行机构，一般包括手部、腕部、机身部分）、驱动装置和控制系统等组成 1213。 （ 1）操作机（也称执行机构） 操作机具有和人臂相似的功能，是可在空间抓放物体或进行其他操作的机械装置。包括机座、手臂、手腕和末端执行器 1。 末端执行器（又称手部）是操作机直接执行工作的装置，可安装夹持器、工具、传感器等。 手腕是连接手臂与末端执行器的部件，用来支承和调整末端执行器的姿态，一般有2 至 3 个回转自由度，并可扩大手臂的工作范围。 手臂有操作及的连接杆件和关节组成，用于支承和调整手腕和末端执行 器。一般将靠近末端执行器的异界称为小臂，靠近机座的称为大臂。手臂与机座间用关节连接，因而扩大了末端执行器姿态的运动范围。 机身称为立柱，是支承臂部的部件，作用是带动臂部运动，扩大臂部的活动范围。 （ 2） 驱动装置 机器人的驱动装置用来驱动操作及工作，按动力源的不同分为电动、液动和气动三种，其执行机构电动机、液压缸和气缸可以与操作机直接相连，耶可通过齿轮、谐波减速器和链条装置传动机构鱼操作机连接 1。 （ 3） 控制系统 控制系统用来控制工业机器人按规定要求动作，分为开环控制系统和闭环控制系统。很多工业机器人采用计算机控制， 一般分为决策级、策略级和执行级三级。决策级的功能是识别环境，建立模型，价格作业任务分解为基本动作序列；策略级将基本动作变为关节坐标协调变化的规律，分配给各关节的私伺服系统；执行级给出各关节伺服系统执行给定的指令 1。 3 机器人的分类 机器人的分类方式很多，主要按坐标形式、控制方式、驱动方式和信号输入方式四种方法分类 3。 （ 1） 直角坐标式机器人 机器人末端执行器（手部）空间位置的改变是通过沿着三个相互处置的直角坐标 x、y、 z 的移动来实现的。 （ 2） 圆柱坐标式机器人 机器人末端招待空间位置的改变 是由两个移动坐标和一个旋转坐标实现的。 （ 3） 球坐标式机器人（又称极坐标） 机器人手臂的运动是有一个直线运动和两个转动组成，即沿 x 轴的伸缩，绕 y 轴的俯仰和绕 z 轴的回转。 （ 4） 关节坐标式机器人（又称回转坐标式） 分为垂直关节坐标和平面关节坐标。 （ 1）点位控制机器人 其运动为空间点到点之间的直线运动，不设计亮点直接的移动轨迹，只在目标点出控制机器人末端执行器的位置和姿态。 （ 2）连续轨道机器人。 其运动轨迹可以是空间的任意连续曲线。机器人在空间的整个运动过程都要控制，末端执行器在 空间任何位置都可以控制姿态。 （ 1）液压驱动 抓重能力大，结构小巧轻便，传动平稳，动作灵活，可无极调速，进行恋雪轨迹控制。但因油的泄露对工作性能影响较大，顾他对米粉装置要求严格，且不易在高温或低温下工作。 （ 2）气压驱动 介质空气来源方便，启动动作迅速，结构简单，成本低，能在高温、告诉和分成等大的环境中工作。但由于孔其具有可压缩的特性，工作速度的稳定性较差，且因气源压力低，只宜轻载下工作。 （ 3）电气驱动 因不需中间转换机构，固结构简单，其中直线电动机机械手的运动速度快，行 程长，使用和维护方便。目前机械设计正朝着机电一体化方向发展，采用电力直接驱动的日益增多。 （ 1）专用机械手（又称固定程序专用机器人） 工作对象单一，结构简单，工作可靠等他点，适用于大批量自动化生产。在轻工、电子行业得到广泛应用。 （ 2）通用机械手（又称可编程序的通用机器人） 工作范围大，定位筋度高，通用性强，使用与不断变化生产品种的中、小批量自动化生产，在柔性自动化生产线中得到广泛应用。 4 机械手的基本情况 工业机械手延伸和扩大了人的足手和大脑功能，他可代 替人从事危险、有害、有毒、低温和高热等恶劣环境中的工作；代替人完成繁重、单调重复劳动，提高劳动生产率，保证产品质量 4。目前主要应用于制造业中，特别是电器制造，汽车制造、塑料加工、通用机械制造以及金属加工等工业。工业机械手与数控加工中心，自动搬运小车与自动检测系统可组成柔性制造系统（ 计算机集成制造系统（ 实现生产自动化。随着生产的发展，功能和性能的不断改善和提高，机械手的应用领域日益扩大 561617。 我国工业机械手发展主要是逐步扩大其应用范围；在应用专用机械手的同时， 相应地发展通用机械手，研制出示教机式械手、计算机控制机械手和组合式机械手等。可以将机械手各运动构件，如伸缩、摆动、升降、横移、俯仰等机构，设计成典型的通用级机构，一般根据不同的作业要求，选用不同的典型机构，组成各种用途的机械手，即便设计制造，又便于跟换弓箭，扩大应用范围 7。 机械手又称工业机器人。近百年来发展起来额度机器人，大致经历了三个成长阶段，也即三个时代。第一代为简单个体机器人，第二代为群体劳动机器人，第三代为类似人类的智能机器人，它的未来发展方向是有知觉、有思维内容那个与人对 话。第一代机器人属于示教再现型（ 第二代则具备了感觉能力（ 第三代机器人是智能机器人（ 它不仅具有感觉能力，而且还具有独立判断和行动的能力 78181920。 1972 年我国第一台机械手开发于上海，随之全国各省都开始研制和应用机械手。从第七个五年计划（ 1986始，我国政府将工业机器人的发展列入其中，并且为此项目投入大量的资金，研究开发并且制造一系列的工业机器人，有由 北京机械自动机研究所设计制造的喷涂机器人，广州机床研究所和北京机床研究所合作设计制造的电焊机器人，大连机床研究所设计制造的氩弧焊机器人，沈阳工业大学设计制造的装卸载机器人等等。这些机器人的控制器，都是有中国科学院沈阳自动化研究所（ 北京科技大学机器人研究所开发的，同时一系列的机器人关键部件也被开发出来，如机器人专用轴承，减震齿轮，直流伺服电机，
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